计算机接口技术课件第8章.ppt

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1、Ch.8模拟量的输入输出本章内容模拟量输入输出通道的组成D/A转换器原理及连接使用方法A/D转换器原理及连接使用方法数据采集A/D、D/A接口设计要点模拟量I/O接口的作用：实际工业生产环境——连续变化的模拟量例如：电压、电流、压力、温度、位移、流量计算机内部——离散的数字量二进制数、十进制数工业生产过程的闭环控制概述模拟量D/A传感器执行元件A/D数字量数字量模拟量模拟量输入(数据采集)模拟量输出(过程控制)计算机8.1模拟量输入输出通道工业现场传感器变送器信号处理环节多路转换开关采样保持电路A/D转换器微型计算机锁存器输入输出接口D/A转换器低通滤波驱动放大执行器件模拟量输入通道传感器（T

2、ransducer）非电量→电压、电流变送器（Transformer）转换成标准的电信号信号处理（SignalProcessing）放大、整形、滤波多路转换开关（Multiplexer）多选一采样保持电路（SampleHolder，S/H）保证变换时信号恒定不变A/D变换器（A/DConverter）模拟量转换为数字量模拟量输出通道D/A变换器（D/AConverter）数字量转换为模拟量低通滤波平滑输出波形放大驱动提供足够的驱动电压，电流8.2数/模转换器1、D/A工作原理：数/模转换器的作用是将数字量转换为相应的模拟量。数字量由二进制位组成，每个二进制位的权为2i，把每一位上的代码按权转换

3、成对应的模拟电流，再把模拟电流相加，最后由运算放大器将其转变成模拟电压。电阻网络运算放大器模拟开关模拟电压输出D/A转换器结构示意图N位数字量输入……2、D/A转换器的主要技术指标分辨率：是用来度量D/A转换器对数字输入量变化的敏感程度，它表示输入每变化一个单位使输出变化的程度。通常可以用数字量的位数表示，位数越多分辩率越高。例如：8位的D/A转换器，基准电压＝5V分辨率＝5000mV/28＝20mV分辨率是对转换结果发生影响的最小输入量精度：是转换后所得结果与理论值的误差。转换时间：电流型的一般为几微秒到几百微秒；电压型的转换较慢。线性度：当输入数字量变化时，输出模拟量变化的线性程度；8.3

4、模/数转换器A/D转换器是把生产现场测得的连续变化的模拟信号转换成数字信号。常用于数据采集系统。A/D转换的方式很多，常见的有四种：计数式、逐次逼近式、双斜率积分式、并行比较式；8.2数/模（D/A）变换器8.2.1D/A变换器的基本原理及技术指标D/A变换器的基本工作原理组成：模拟开关、电阻网络、运算放大器两种电阻网络：权电阻网络、R-2R梯形电阻网络基本结构如图：VrefRf模拟开关电阻网络VO数字量∑D/A变换原理运放的放大倍数足够大时，输出电压VO与输入电压Vin的关系为：式中：Rf为反馈电阻R为输入电阻VinRfVO∑R若输入端有n个支路,则输出电压VO与输入电压Vi的关系为：Vin

5、RfVO∑R1式中：Ri为第i支路的输入电阻Rn…令每个支路的输入电阻为2iRf,并令Vin为一基准电压Vref，则有如果每个支路由一个开关Si控制，Si=1表示Si合上，Si=0表示Si断开，则上式变换为若Si=1,该项对VO有贡献若Si=0,该项对VO无贡献2R4R8R16R32R64R128R256RVrefRfVOS1S2S3S4S5S6S7S8与上式相对应的电路如下(图中n=8)：图中的电阻网络就称为权电阻网络如果用8位二进制代码来控制图中的S1～S8(Di=1时Si闭合；Di=0时Si断开)，那么根据二进制代码的不同，输出电压VO也不同，这就构成了8位的D/A转换器。可以看出，当代

6、码在0～FFH之间变化时，VO相应地在0～-(255/256)Vref之间变化。为控制电阻网络各支路电阻值的精度，实际的D/A转换器采用R-2R梯形电阻网络(见下页)，它只用两种阻值的电阻(R和2R)。R-2R梯形电阻网络D/A转换器的主要技术指标分辨率（Resolution）输入的二进制数每±1个最低有效位(LSB)使输出变化的程度。一般用输入数字量的位数来表示:如8位、10位例：一个满量程为5V的10位DAC，±1LSB的变化将使输出变化5/(210-1)=5/1023=0.04888V=48.88mV转换精度（误差）实际输出值与理论值之间的最大偏差。一般用最小量化阶⊿来度量，如±1/2L

7、SB也可用满量程的百分比来度量，如0.05%FSR(LSB-LeastSignificantBit,FSR-FullScaleRange)转换时间从开始转换到与满量程值相差±1/2LSB所对应的模拟量所需要的时间tV1/2LSBtCVFULL8.2.2典型D/A转换器DAC0832特性：8位电流输出型D/A转换器T型电阻网络差动输出引线图见教材p351DAC0832内部结构8.1模拟量I/O通道的